一种编织NOL环的异步内缩固化成型模具、组件及成型方法

一种编织nol环的异步内缩固化成型模具、组件及成型方法
技术领域
1.本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及一种编织nol环的异步内缩固化成型模具、组件及成型方法。

背景技术：

2.连续纤维增强复合材料具有远高于钢铁材料的比刚度、比强度和比模量。纤维增强复合材料由碳纤维预制体经过树脂固化后获得；碳纤维预制体的结构对复合材料的力学性能影响较大，由三维编织或者三维机织制备的碳纤维预制体，其内部纤维具有多个方向，相比于采用铺层或者缠绕技术制备的碳纤维预制体各向力学性能更好，所制备的复合材料力学性能更优。
3.为了测定复合材料的各项力学性能，需要制备标准测试样件。nol环是一种用于测试环形试样层间剪切强度、拉伸强度、拉伸弹性模量及其纤维的拉伸强度的标准试样。nol环试样通常采用纤维缠绕的方法制备，此方法制备的nol环只有单一方向的增强纤维，而采用三维编织或者三维机织工艺制备的环形碳纤维预制体具有多个方向的增强纤维，为了测定其力学性能，需要对其进行树脂固化。
4.对于使用耐高温树脂的碳纤维复合材料，多采用模压工艺进行树脂固化，而用于成型的热压成型机通常只具备上下压缩功能，多用于成型平板形构件。使用热压成型机成型环形复合材料构件，其模具的设计需考虑诸多因素，具有一定难度，如果单独设计一套固化成型装置则会增加固化成本，并且固化成型装置的通用性低。

技术实现要素：

5.本发明提供一种编织nol环的异步内缩固化模具，用以解决现有技术中采用模压工艺制备环形样件所面临的难题，实现低成本制备编织nol环试样。
6.为实现以上目的，本发明编织nol环的异步内缩固化成型模具采用以下技术方案：
7.一种编织nol环的异步内缩固化成型模具，包括底盘、安装于底盘中部的圆环形的芯模、围绕芯模设置并安装于底盘上的外模组件、覆盖且收容外模组件的顶盖；所述外模组件包括若干第一外模及若干第二外模，所述第一外模与第二外模在一个圆周上交替设置围绕芯模，所述每个第一外模的两侧设有横向凸伸的卡扣滑块，所述第二外模两侧设有与相邻的卡扣滑块配合的卡槽；每个第一外模与每个第二外模底部均设有向心滑块，所述底盘上表面设有与向心滑块对应设置配合的滑槽；所述第一外模两侧与第二外模相接处的面为自外向内向两侧倾斜的第一斜切面，所述第二外模两侧与第一外模相接处的面为自内向外向两侧倾斜的第二斜切面；第一斜切面与第二斜切面相互贴合且相互移动；第一外模内表面为横向弧形延伸的第一内表面，第二外模内表面为横向弧形延伸的第二内表面；第一外模的外表面为自上向下逐渐外扩的第一外斜锥面，第二外模的外表面为自上向下逐渐外扩的第二外斜锥面；所述顶盖的底部为中空的空腔，且该空腔内表面设有与第一外斜锥面配合的第一内斜锥面及与第二外斜锥面配合的第二内斜锥面；所述第一内斜锥面与第二内斜
锥面均为自上向下逐渐内缩的斜面；所述外模组件具有扩张状态和收缩状态，当外模组件在扩张状态时，所述第一外模及若干第二外模均远离芯模，且第一斜切面与第二斜切面错开，第一内表面与第二内表面之间露出第二斜切面；当顶盖向下移动时，第一内斜锥面下压第一外斜锥面，第二内斜锥面下压外模组件第二外斜锥面使第一外模与第二外模沿滑槽向内移动至收缩状态，当外模组件在收缩状态时，所有所述第一内表面与第二内表面共同形成连续的圆柱面。
8.进一步的，所述卡槽的延伸方向与第一斜切面及第二斜切面平行。
9.进一步的，所有第一外模在收缩或者扩张时为同步运动的，所有第二外模在收缩或者扩张时同样为同步运动的；所述第一外模和第二外模沿滑槽向内移动时的位移之比是成正比的；所述第一内斜锥面和所述第二内斜锥面的斜度之比与所述位移之比相等。
10.进一步的，所述卡扣滑块的横截面与向心滑块的横截面均为梯形，所述卡槽的横截面与滑槽的横截面同样为梯形。
11.进一步的，每条滑槽均为以芯模中轴线为圆心的向心方向延伸。
12.进一步的，所述底盘侧面连接有若干第一吊环；所述顶盖侧面连接有若干第二吊环；所述芯模设置在所述底盘上，通过所述芯模底部的若干螺纹孔以及所述底盘对应位置的若干螺纹通孔进行固定。
13.本发明提供的包括上述编织nol环的异步内缩固化成型模具的组件，采用以下技术方案：
14.还包括热压成型机，所述热压成型机包括：液压装置、上横梁、上压板、上加热块、下加热块以及底座；所述编织nol环的异步内缩固化成型模具放置在上加热板和下加热板之间，所述上加热板固定在上横梁下方，所述下加热板固定在底座上方，顶盖位于上加热块下方；所述液压装置驱动上横梁进行上下运动，使上加热块压着所述顶盖进行下压运动以驱使第一外模和第二外模向内收缩。
15.本发明提供的使用上述组件的成型方法，采用以下技术方案：
16.当进行环形碳纤维预浸料的固化成型时，环形碳纤维预浸料套在芯模上，由热压成型机的液压装置驱动，经过运动转换驱使第一外模和第二外模向内收缩并压紧环形碳纤维预浸料，从而对环形碳纤维预浸料进行压缩；由所述上加热块和所述下加热块对异步内缩固化成型模具进行加热，并在一定时间内保持温度，完成环形碳纤维预浸料的固化。
17.有益效果：本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具，能够在热压成型机上完成环形碳纤维预浸料的固化成型，有效降低了固化成本，并且使用方法简单。该模具结构独特且严谨，外模采用两种外形的第一外模和第二外模拼接而成，能够在收缩时确保相邻两块外模接合处不留缝隙，防止树脂渗入其中；外模与顶盖接触的斜锥面把热压成型机的液压力有效转换为模具收缩的力，有利于将其中的环形碳纤维预浸料压缩到指定尺寸。
附图说明
18.图1是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的结构示意图；
19.图2是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的向心滑块以及滑槽局部放大结构示意图；
20.图3是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具收缩时的结构示意图；
21.图4是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的外模扩张时的结构示意图；
22.图5是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的外模收缩时的结构示意图；
23.图6是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的第二梯形滑块与第二梯形滑槽配合的结构示意图；
24.图7是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的外模扩张时底部观察方向的结构示意图；
25.图8是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的外模收缩时底部观察方向的结构示意图；
26.图9是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的顶盖结构示意图；
27.图10是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的芯模与底座配合的结构示意图；
28.图11是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具的芯模与底座配合的螺纹连接处局部放大结构示意图；
29.图12是本发明提供的编织nol环的异步内缩固化成型模具在热压成型机上固化树脂的结构示意图。
具体实施方式
30.以下结合附图，对发明提供的技术方案做详细说明。
31.如图1至图3所示，本发明公开的一种编织nol环的异步内缩固化成型模具，包括底盘13、安装于底盘13中部的圆环形的芯模15、围绕芯模15设置并安装于底盘13上的外模组件、覆盖且收容外模组件的顶盖11。底盘13侧面连接有若干第一吊环171，方便进行搬运，同样的，顶盖11侧面连接有若干第二吊环172，方便进行搬运。
32.所述外模组件包括其中外模包括四块第一外模121以及四块第二外模122，相间排列形成一个环状，所述第一外模121与第二外模122在一个圆周上交替设置围绕芯模15。所述每个第一外模121的两侧设有横向凸伸的卡扣滑块162，所述第二外模两侧设有与相邻的卡扣滑块162配合的卡槽1224。每个第一外模121与每个第二外模122底部均设有向心滑块161，所述底盘13上表面设有与向心滑块161对应设置配合的滑槽131。所述卡扣滑块162的横截面与向心滑块161的横截面均为梯形，所述卡槽1224的横截面与滑槽131的横截面同样为梯形。
33.所述第一外模121两侧与第二外模122相接处的面为自外向内向两侧倾斜的第一斜切面101，所述第二外模122两侧与第一外模121相接处的面为自内向外向两侧倾斜的第二斜切面102；第一斜切面101与第二斜切面102相互贴合且相互移动。所述卡槽1224的延伸方向与第一斜切面101及第二斜切面102平行。第一外模121内表面为横向弧形延伸的第一内表面1212，第二外模122内表面为横向弧形延伸的第二内表面1222。
34.如图4至图8所示，第一外模121的外表面为自上向下逐渐外扩的第一外斜锥面1211，第二外模122的外表面为自上向下逐渐外扩的第二外斜锥面1221；所述顶盖11的底部为中空的空腔，且该空腔内表面设有与第一外斜锥面1211配合的第一内斜锥面111及与第
二外斜锥面1221配合的第二内斜锥面112；所述第一内斜锥面111与第二内斜锥面112均为自上向下逐渐内缩的斜面。
35.所述外模组件具有扩张状态和收缩状态，当外模组件在扩张状态时，所述第一外模121及若干第二外模122均远离芯模15，且第一斜切面101与第二斜切面102错开，第一内表面1212与第二内表面1222之间露出第二斜切面102；当顶盖11向下移动时，第一内斜锥面111下压第一外斜锥面1211，第二内斜锥面112下压外模组件第二外斜锥面1221使第一外模121与第二外模122沿滑槽131向内移动至收缩状态，当外模组件在收缩状态时，所有所述第一内表面1212与第二内表面1222共同形成连续的圆柱面。该圆柱面的直径与环形碳纤维预浸料14的压缩程度相关，通过计算分析得出。第一外模121和第二外模122在进行收缩或者扩张运动时，其接触面始终贴合，不留缝隙，防止压缩固化时环形碳纤维预浸料14的树脂渗入到第一外模121和第二外模122的接触面之间，确保固化过程中外模可以收缩到最小而不被卡住。第一外模121上设置有第一螺纹孔1213，第二外模122上设置有第二螺纹孔1223，方便固化成型后在第一螺纹孔1213和第二螺纹孔1223上安装把手进行脱模。其中，当第一外模121及第二外模122在运动时，所有第一外模121在收缩或者扩张时为同步运动的，所有第二外模122在收缩或者扩张时同样为同步运动的；所述第一外模121和第二外模122沿滑槽131向内移动时的位移之比是成正比的；所述第一内斜锥面1211和所述第二内斜锥面1221的斜度之比与所述位移之比相等。得益于上述关系，当顶盖11的向下运动转换为第一外模121和第二外模122的收缩运动时，第一外模121和第二外模122的外斜锥面紧贴着顶盖的内斜锥面，最大程度地将收缩力均匀分布在两种斜锥面上，有利于压力的传递，减小应力集中。
36.如图10和图11所示，芯模15放置在底盘13上，通过芯模15底部的环形凸台与底盘13上的环形凹槽定位。芯模15底部设置了若干螺纹孔151，底盘13对应位置设置了若干螺纹通孔132，芯模15和底盘13通过螺纹连接进行固定。
37.如图12所示，该编织nol环的异步内缩固化成型模具放置于热压成型机上而形成组件。该热压成型机包括：液压装置21、上横梁22、上压板23、上加热块241、下加热块242以及底座25。上加热板241固定在上横梁22下方，下加热板242固定在底座25上方，编织nol环的异步内缩固化成型模具放置在上加热板241和下加热板242之间。上横梁22由液压装置21驱动，可进行上下运动，上横梁22压着上加热块241和顶盖11进行下压运动，通过斜锥面转换为第一外模121和第二外模122的收缩运动。
38.使用上述组件对环形碳纤维预浸料14固化成型的方法为：首先将环形碳纤维预制体套在芯模15上，并浸渍在树脂中。浸渍完成后拿出处理，并去掉芯模15表面的树脂，完成环形碳纤维预浸料14的制备。将芯模15固定在底盘13上，环形碳纤维预浸料14设置在芯模15和外模之间，顶盖11沿着对应方向放置在外模上，并将整个模具放置在下加热块242上，上、下加热块加热至一定温度，上横梁22通过液压装置21驱动向下压，经过运动转换使外模收缩，从而对环形碳纤维预浸料14进行压缩。当顶盖11底部接触到底盘13上表面时，压缩完成，上、下加热块持模具在特定温度范围并持续特定时间，完成环形碳纤维预浸料14的固化。固化完成进行脱模，取出制备的环形复合材料样件并进行后续加工处理，最终完成编织nol环试样的制备。
39.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，
凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种编织nol环的异步内缩固化成型模具，其特征在于，包括底盘(13)、安装于底盘(13)中部的圆环形的芯模(15)、围绕芯模(15)设置并安装于底盘(13)上的外模组件、覆盖且收容外模组件的顶盖(11)；所述外模组件包括若干第一外模(121)及若干第二外模(122)，所述第一外模(121)与第二外模(122)在一个圆周上交替设置围绕芯模(15)，所述每个第一外模(121)的两侧设有横向凸伸的卡扣滑块(162)，所述第二外模两侧设有与相邻的卡扣滑块(162)配合的卡槽(1224)；每个第一外模(121)与每个第二外模(122)底部均设有向心滑块(161)，所述底盘(13)上表面设有与向心滑块(161)对应设置配合的滑槽(131)；所述第一外模(121)两侧与第二外模(122)相接处的面为自外向内向两侧倾斜的第一斜切面(101)，所述第二外模(122)两侧与第一外模(121)相接处的面为自内向外向两侧倾斜的第二斜切面(102)；第一斜切面(101)与第二斜切面(102)相互贴合且相互移动；第一外模(121)内表面为横向弧形延伸的第一内表面(1212)，第二外模(122)内表面为横向弧形延伸的第二内表面(1222)；第一外模(121)的外表面为自上向下逐渐外扩的第一外斜锥面(1211)，第二外模(122)的外表面为自上向下逐渐外扩的第二外斜锥面(1221)；所述顶盖(11)的底部为中空的空腔，且该空腔内表面设有与第一外斜锥面(1211)配合的第一内斜锥面(111)及与第二外斜锥面(1221)配合的第二内斜锥面(112)；所述第一内斜锥面(111)与第二内斜锥面(112)均为自上向下逐渐内缩的斜面；所述外模组件具有扩张状态和收缩状态，当外模组件在扩张状态时，所述第一外模(121)及若干第二外模(122)均远离芯模(15)，且第一斜切面(101)与第二斜切面(102)错开，第一内表面(1212)与第二内表面(1222)之间露出第二斜切面(102)；当顶盖(11)向下移动时，第一内斜锥面(111)下压第一外斜锥面(1211)，第二内斜锥面(112)下压外模组件第二外斜锥面(1221)使第一外模(121)与第二外模(122)沿滑槽(131)向内移动至收缩状态，当外模组件在收缩状态时，所有所述第一内表面(1212)与第二内表面(1222)共同形成连续的圆柱面。2.根据权利要求1所述的编织nol环的异步内缩固化成型模具，其特征在于，所述卡槽(1224)的延伸方向与第一斜切面(101)及第二斜切面(102)平行。3.根据权利要求1或2所述的编织nol环的异步内缩固化成型模具，其特征在于，所有第一外模(121)在收缩或者扩张时为同步运动的，所有第二外模(122)在收缩或者扩张时同样为同步运动的；所述第一外模(121)和第二外模(122)沿滑槽(131)向内移动时的位移之比是成正比的；所述第一内斜锥面(1211)和所述第二内斜锥面(1221)的斜度之比与所述位移之比相等。4.根据权利要求1或2所述的编织nol环的异步内缩固化成型模具，其特征在于，所述卡扣滑块(162)的横截面与向心滑块(161)的横截面均为梯形，所述卡槽(1224)的横截面与滑槽(131)的横截面同样为梯形。5.根据权利要求5所述的编织nol环的异步内缩固化成型模具，其特征在于，每条滑槽(131)均为以芯模(15)中轴线为圆心的向心方向延伸。6.根据权利要求1所述的编织nol环的异步内缩固化成型模具，其特征在于，所述底盘(13)侧面连接有若干第一吊环(171)；所述顶盖(11)侧面连接有若干第二吊环(172)；所述芯模(15)设置在所述底盘(13)上，通过所述芯模(15)底部的若干螺纹孔(151)以及所述底
盘(13)对应位置的若干螺纹通孔(132)进行固定。7.一种包括如权利要求1至6中任一项所述编织nol环的异步内缩固化成型模具的组件，其特征在于，还包括热压成型机(2)，所述热压成型机(2)包括：液压装置(21)、上横梁(22)、上压板(23)、上加热块(241)、下加热块(242)以及底座(25)；所述编织nol环的异步内缩固化成型模具放置在上加热板(241)和下加热板(242)之间，所述上加热板(241)固定在上横梁(22)下方，所述下加热板(242)固定在底座(25)上方，顶盖(11)位于上加热块(241)下方；所述液压装置(21)驱动上横梁(22)进行上下运动，使上加热块(241)压着所述顶盖(11)进行下压运动以驱使第一外模(121)和第二外模(122)向内收缩。8.一种使用如权利要求7中所述组件的成型方法，其特征在于，当进行环形碳纤维预浸料(14)的固化成型时，环形碳纤维预浸料(14)套在芯模(15)上，由热压成型机(2)的液压装置(21)驱动，经过运动转换驱使第一外模(121)和第二外模(122)向内收缩并压紧环形碳纤维预浸料(14)，从而对环形碳纤维预浸料(14)进行压缩；由所述上加热块(241)和所述下加热块(242)对异步内缩固化成型模具(1)进行加热，并在一定时间内保持温度，完成环形碳纤维预浸料(14)的固化。

技术总结

本发明提供了一种编织NOL环的异步内缩固化成型模具，该模具包括底盘、芯模、顶盖、若干第一外模和若干第二外模。进行固化成型时，将该模具放置于热压成型机上，热压成型机具有加热和液压压缩的功能。通过热压成型机的液压装置驱动顶盖向下运动，顶盖内部的斜锥面与于外模的斜锥面相对应，能够将顶盖的下压运动转换为外模的收缩运动，从而将套在芯模上的环形碳纤维预浸料进行压缩并加热固化。本发明的异步内缩模具设计合理，使用方法简单，解决了使用热压成型机固化成型编织NOL环的难题。热压成型机固化成型编织NOL环的难题。热压成型机固化成型编织NOL环的难题。